Способ бесперебойного электропитания потребителей переменного тока и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H02J9/00 

цепями управления - к блоку контроля фазы напряжения и блоку контроля полярности напряжения, второй блок, включающий в себя фазочастотный детектор, входы которого подключены к выходным зажимам переключателя и через согласующий трансформатор к клеммам потребителей переменного тока, а выхода через схемы И, вторые входы которых соединены с датчиком

к раздельным входам

напряжения,

дополнительного триггера, связанного через усилители мощности с цепями управления дополнительных ключевых элементов, третий блок, включающий в себя формирователь синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к последовательно соединенным вторичным обмоткам согласующих трансформаторов, подключенных ; через стабилизатор к г Леммам потребителей переменного тока и вьисодным зажимам переключателя, последовательно соединенные схема И, подключенная к формирователю синхронизирующих импульсов и датчику напряжения, задающий генератор, регистр сдвига и усилитель мощности, выходы которого соединены с цепями управления инвертора,-четвертый блок, включающий в себя модулятор, вспомогательный коммутатор, входы которого через выпрямитель и согласующий трансформатор соединены с фазными зажимами и датчиком напряжения, а выход - с амплитудным компаратором модулятора, пятый блок, включающий

в себя два согласующих трансформатора, один из которых через ста1били, затор переменного напряжения подключен к основной .сети, а другой - к резервной, последовательно соединенные выпрямитель, подкл1эченный к последовательно соединённ1Ф1 вторичI ным обмоткам указанных трансформаторов, амплитудный компаратор, расширитель импульсов, выход которого подключен к схеме управления основным коммутатором, и инвертор, выход которого соединен с вспомогательным схемами И блока контроля фазы напряжения, при этом входы блока контроля фазы напряжения и блока контроля полярности напряжения подключены через стабилизаторы переменного нап ряжения к.резервной сети и клеммам потребителей переменного тока.

3. Устройство ПОП.2, отл ичающееся тем, что блок контроля фазы напряжения содержит дополнительно в каждом субблоке цепь, включающую в себя последователь но сбединенные вспомогательные схему И и второй усилитель мощности, подключенную входами к входу первого усилителя мощности, выходам расширителя импульсов пятого блока и датчика напряжения, а выходами - к цепям управления ключевых элементов коммутатора, при этом выходы первых усилителей мощности подключены к цепям управления ключевых элементов переключателя .

1. Способ бесперебойного элек тропитания потребителей переменного тока, основанный на формировании систем многофазных напряжений и оп- . ределении системы напряжений, фазы которой минимально отличаются оТ фазы напряжений основной сети, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии, формируют дополнительные системы напряжений с фазовым сдвигом 150 эд.град., фазы и амплитуды которых равны соответственно фазам и амплитудам системы напряжений, полученной путем стабцлизации -напряжений основной сети на уровне максимально допустимой величины и вычитания из них напряжений резерв- ной сети, суммируют их с напряжениями резервной сети и при отключений основной сети указанные суммарные напряжения подают на потребители переменного тока, после чего амплитуду дополнительных систем напряжений уменьшают до нуля со скорос. I тью, определяемой допустимым отклонением мгновенной частоты напряжений, подаваемых на потребители реременного тока, а фазы сохраняют изменными. 2. Устройство бесперебойного элек тропитания потребителей переменного тока, содержащее основной коммутатор, подключенный к основной сети, силовой трансформатор, подключенный к резервной сети, одни концы вторичных обмоток которого ссзединены между собой через ключевые элементы коммутатора, три фазных зажима, соединенных через ключевые элементы-коммутатора с каждой клеммой потребителей переменного тока, блок контроля фазы напряжения и блок контроля поляр(Л ности напряжения, выходы которых под ключены к цепям управления ключевых с элементов коммутатора, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии, в него введены управляемый выпрямитель, подключенный к резервэ ной сети, инвертор с двумя трансфор-, si маторами, первичные обмотки которых fo соединены в звезду и треугольник, а соответствующие вторичные обмотки через дополнительные ключевые элеч менты соединены параллельно между собой и последовательно с вторичны;о ми обмотками силового трансформатора, подключенного к резервной сети, обратный инвертор, цепи управления которого связаны со своей схемой управления, подключенной к резервной сети, вход и выход - соответственно с выходом выпрямителя и резервной сетью, схема управления, содержащая первый блок, включающий в себя согласующий трансформатор, подключенный к резервной сети, переключатель , подключенный силовыми электродами к вторичным обмоткам согласующего трансформатора, э

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности, к системам гарантированного электропитания ответственных потребителей переменного тока при наличии нескол ких .автономных сетей.

Известен способ автоматического включения резерва судовых потребителей, основанный на переключении ответственных потребителей с основной сети на резервную коммутатором при выходе из строя основной сети И

Недостатком известного способа является то, что при двух или нескольких автономных сетях, фазы и частоты которых отличаются друг от друга, оно не обеспечивает заданного качества электрической энергии из-за искажения формы напряжения при переключении с основной сети на резервную.

Известно устройство бесперебойного переключения электропитания потребителей в сетях переменного тока, содержащее статические пере5 ключатели с блоками управления, переключатели основной и резервной сети, автономный инвертор напряжения с источником питания. При питании нагрузки от основной сети выходное 0 напряжение инвертора совпадает по фазе с напряжением указанной сети, что позволяет при исчезновение питания от основной сети осуществить титание нагрузки от инвертора 2 .

Недостатком известного устройства является низкое качество электри ческой энергии на потребителях переменного тока, обусловленное возмож0 ностью провала напряжения на нагрузке в динамических режимах и искажени)ем формы питающего напряжения. Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым являются способ электропитания потребителей переменного тока и устройство для его осуществления. Способ предус1 атривает формиров ние из напряжения основной и резе ной сетей многофазных систем напря жений, определение рабочей системы напряжений, фаза которой минимальн .отличается от фазы напряжения ос,новной сети, и переключение потреб телей на резервную сеть с помощью коммутатора при отключении основно сети. Указанное устройство -содержит силовой трансформатор, подключенны к автономной сети, вторичные обмот ки которого соединены между собой с фазными зажимами через ключевые элементы коммутатора,блок контроля фазы напряжения, блок контроля полярности напряжения, входы которых подключены к основной и резерв .ной Сетям, а выходы - к цепям управления ключевых элементов коммутатора. При наличии напряжения в сети потребители переменн го тока получают энергию от этой сети. При аварии в основной сети за счет ключевых элементов коммута тора осуществляются необходимые коммутации и подключение потребите лей переменного тока к резервной сети. Основная сеть отключается от потребителей также при помощи комм татора. При этом мгновенная частота напряжения, подаваемого на потребители переменного тока, при переключении на резервную сеть отличается значительно и может во многих случаях не удовлетворять 3 . Недостатком известного способа является низкое качество электричес кой энергии, подаваемой к потребителям, приводящее к увеличению длительности одного полупериода питающего напряжения. Недостатком известного устройства является низкое качество электри ческой энергии, обусловленноеискажением формы напряжения, что приводит к снижению надежности работы некоторых ответственных потребителей переменного тока. Цель изобретения - улучшение качества электрической энергии, приводящее к повьошению надежности работы потребителей переменного тока. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу бесперебойного электропитания потребителей переменного тока, основанном на формировании нескольких систем многофазных напряжений и определении системы напряжений, .фаза которой минимально отличается от фазы напряжений основной сети, формируют дополнительные системы напряжений с фазовым сдвигом 150 эл.град., фазы и амплитуды которых равны соответственно фазам и амплитудам системы напряжений, полученной путем стабилизации напряжений основной сети на уровне максимально допустимой величины и внчит/ания из них напряжений резервной -сети, суммируют их с напряжениями резервной сети и при отключении основной сети указанные суммарные напряжения подают на потребители переменного тока, после чего амплитуду дополнительных систем напряжений уменьшают до нуля UO скоростью, определяемой допустиJMbiM отклонением-Мгновенной частоты напряжений, подаваегшх на потребители переменного тока, а фазы оставляют неизменными. Поставленная цель достигается также тем, что в устройство бесперебойного электропитания потребителей переменного тока, содержащее основной коммутатор, силовой трансформатор, три фазных зажима, соединенных через ключевые элементы коммутатора с каждой клеммой потребителей переменного тока, блок контроля фазы напря- жения и блок контроля полярности напряжения, дополнительно введены |Управляемый выпрямитель, подключенный к резервной сети, инвертор с двумя трансформаторами, первичные обмотки которых соединены в звезду и треугольник, а соответствующие вторичные обмотки через дополнительные ключевые элементы соединены параллельно между собой и последовательно с вторичными обмотками силового трансформатора, подключенного к резервной сети, обратный инвертор, цепи управления которого связаны со своей схемой управления, подключенной к резервной сети, а вход и выход - соответственно с выходом выпрямителя и резервной сетью, схема управления, содержащая первый блок, включающий в себя согласуквдий трансформатор, подключенный к резервной сети, переключатель, подключенный силовыми электродами к вторичным обмоткам согласующего трансформатора, а цепями управления - к блоку кОнтроля фазы напряжения и блоку контроля полярности напряжения, второй блок, включающий в себя фазочастотный детектор, входы которого подключены к выходным зажимам перек.1ючателя и через согласующий трансформатор к клеммам потребителей переменного тока, а выходы через схемы И, вторые входы которых соедиНены с датчиком напряжения, - к раздельным входам дополнительного триггера, связанного через усилители мощности с цепями управления дополнительных ключевых элементов, третий блок, включающий в себя формиро ватель синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к последова тельно соединенным вторичным обмоткам согласующих трансформаторов, подключенных через стабилизатор к клеммам потребителей переменного тока ивыходным зажимам переключателя последовательно соединенные схема И, подключенная к формирователю синхронизирующих импульсов и датчику напряжения, задающий генератор, регистр сдвига и усилитель мощности, выходы которого соединены с цепями управления инвертора, четвертый блок, включающий в себя модулятор, вспомогательный коммутатор, входы которого через выпрямитель и согласующий трансформатор соединены с фазными зажимами и датчиком напряжения, а выходом - с с1мплитудным. компаратором модулятора, пятый блок, включающий в себя два согласующих трансформатора, один из которых через стабилизатор переменного напржения подключен к основной сети, а другой - к резервной, последовательно соединенные выпрямитель, подключенный к последовательно соединенным вторичным обмоткам указанных трансформаторов, амплитудный компаратор, расширитель импульсов, выход которого подключен к схеме управления основным коммутатором, и инвертор, выход которого соединен с вспомогательными схемами И блока контроля фазы напряжения, при этом входы блока контроля фазы напряжени и блока контроля полярности напряжения подключены через стабилизаторы переменного напряжения к резервной сети и клеммам потребителей переменного тока.

При этом блок контроля фазы напржения содержит дополни дельно в каждом субблоке цепь, включающую в себя последовательно соединенные вспомогательные схему И и- второй услитель мощности, подключенную входами к входу первого усилителя мощности, выходам расширителя импульсов пятого блока и д атчика напряжения, а выходами.- к цепям управления ключевых элементов KONMyTaTopa, при этом выходы первых усилителей

мощности подключены к цепям управления ключевых элементов переключателя.

На Фиг. 1 представлена схема фазных напряжени й; на фиг. 2 - устройство бесперебойного электропитания потребителей переменного тока; на фиг. 3 - схема управления; на фиг. 4 - блок контроля полярное

ти напряжения; на фиг. 5 - блок контроля фазы напряжения.

Сущностьпредлагаемого способа бесперебойного электропитания потребителей переменного тока, основанного на формировании нескольких систем многофазных напряжений за счет различных соединений обмоток силовых трансформаторов, определении системы напряжения,фаза которой минимально отличается от фазы напряжений основной сети, заключается в формировании двух дополнительных систем напряжений с фазовым сдвигом ,150 эл.град, фазы которых определяют путём стабилизации напряжений основной сети на уровне максимально допустимой величины, вычитания из них напряжений резервной сетиу формирования управляющих напряжений, находящихся в фазе с полученной разностью напряжений, и подачей их на цепи управления инвертором, получения постоянного напряжения, пропорционального амплитуде суммарных напряжений дополнительной системы резервной сети, сравнивая его с опорным, формирования управляющих напряжений и подачей их на цепи управления выпрямителя, и при отключении основной сети указанное суммарное напряжение подают на потребители переменного тока, после чего амплитуду дополнительной системы на пряжений за счет выпря- . мителя уменьшают до нуля со скоростью, определяемой допустимым отклонением частоты напряжения, пода ваемого на потребители переменного тока, а фазу оставляют неизменной. На фиг. 1 представлена трехфазная система напряжений основной 1-3 и резервной 4-6 сетей. Из системы напряжений 4-6 формируют систему напряжений 7-9,, сдвинутую относительно резервной на 180 эл.град. Принципиально из полученных напряжений можно сформировать еще несколько систем напряжений. Инвертор формирует дополнительные системы напря.жений 10.1, 11.1, 12.1, (10.2, 11.2, 12.1) и 13.1, 14.1, 15.1 (13.2, 14.2, 15.2).

Устройство бесперебойного электропитания потребителей переменного тока (фиг. 2)содержит силовой трансформатор 16, подключенный к резервной сети, одни концы вторичных обмоток 17-19 которого соединены между собой через ключевые элементы 20 и 21 до полнительного коммутатора, выполненного на ключевых элементах 20-31, три фазных зажима 32-34, соединенных через ключевые элементы 35-43 коммутатора с каждой клеммой потребителей переменного тока (Л,В,С), блок 44 контроля фазы напряжения и блок 4. контроля полярности напряжения, выходы которых подключены к цепям управления ключевых элементов коммута торов, управляемый выпрямитель 46, подключенный к резервной сети, инвертор 47 с двумя трансформаторами, первичные обмотки которых соединены в звезду 48-50 и треугольник 51-53, а соответствующие вторичные обмотки 54,55; 56, 57; 58, 59 через дополнительные ключевые элементы 60-65 соединены параллельно между собой и последовательно с вторичными обмотками 17-19 силового трансформатора 16 (на обмотках 17-19 формируются соответственно напряжения 4-6, а на обмотках 54-59 - напряжения 10.1, 13.1, 11.1, 14.1, 12.1. и 15.1), обратный инвертор 66, вход и цепи управления которого связаны соответственно с выходом выпрямителя 46 и схемой 67 управления, подключенной к резервной сети, а выход - с резервной сетью, основной коммутатор со схемой 68 управле ния, стабилизаторы 69 переменного напряжения, схему 70 управления. Схема 70управления (фиг. 3) содержит первый блок 71, включающий согласующий трансформатор 72, подключенный к резервной сети, переклю чатель на ключевых элементах 73-93, .подключенный к вторичным обмоткам трансформатора 72, второй блок 94, включающий (фазочастотный де- :, тектор 95, входы которогоподключены к вторичной обмотке согласующего трансформатора, подключенного к кле :MstA нагрузки, и выходному зажиму .переключателя, а выходы через схе-; мы .И 96 и 97, связанные с датчиком напряжен1у1, - к раздельным входам дополнительного триггера 98, соединенного через усилители 99 и 100 мощности с цепями правления дополнительных ключевых элементов 60-65, третий блок 101, включающий формиро ватель 102 синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к последовательно соединенньдал вторичным обмоткам 104 согласующих трансформа торов, один из которых соединен через стабилизатор 103 с нагрузкой, .последовательно соединенные схему И 105, задающий генератор 106 и регистр 107 сдвига, подключенные к фо мирователю 102 синхронизирующих импульсов и датчику 159 напряжения, соединенному с основной сетью, усилитель 108 мощности, входы которого соединены с регистром 107 сдвига, а выходы - с цепями управления ключевых элементов инвертора 47, выход ные зажимы 109-111 ;дереключателя,чег вертый блок, включающий модулятор 112,содержащий задающий генератор 113,формирователь 114 пилообразного напряжения, амплитудный компаратор 115 и усилитель-116 мощности, выпрямитель 117, вспомогательный коммутатор 118, связанный с выпрямителем 117, амплитудным компаратором 115 и датчиком напряжения, пя тый блок 119, включающий два согласующих трансформатора, последователь но соединенные выпрямитель 120, амплитудный компаратор 121, расширитель 122 импульсов и инвертор 123, при этом один согласующий трансформатор подключен через стабилизатор 124 переменного напряжения к основной сети, а другой через стабилизатор 125 переменного напряжения - к резервной, выход инвертора 123 - к вспомогательным схемам И блока 44 контроля фазы напряжения, а выход расширителя 122 импульсов - к схеме управления основным ксячмутатором 68. Блок 45 контроля полярности напряжения (.фиг, 4) содержит два убблока, каждый из которых имеет согласующие трансформаторы 126.1-129.1 (126.2-129 .2) , подключенные через стабилизаторы 69 к нагрузке и резервной сети, выпрямители 130.1, 131.1, 132.1 (130.2, 131.2 132.2J, выходы которых объединены и подключены к цепи, состоящей из последовательно соединенных.амплитудного компаратора 133.1 (133.2), расширителя 134.1 (134.2) импульсов, при этом первый усилитель 135.1 мощности подключен к расширителю 134.1 импульсов, а другой усилитель 135.2 мощности через схему И 136 -.к расширителю 134.2 импульсов и инвертору 137, вторичные обмотки 138.1140.1 (138.2, 140.2) согласующего трансформатора 126.1(126.2) через вторичные обмотки 141.1, 142.1, 143.1 (141.2, 142.2, 143.2) других согласующих трансформаторов 127.1, 128.1, 129.1 (127.2, 128.2, 129.2) соединены с входами указанных выпрямителей, а свободный вход схемы И 136 - с выходами инвертора 137, подключенного к выходу первого расширителя 134.1 импульсов. Блок 44 контроля фазы напряжелия (фиг. 5) содержит три субблока, каждый из которых имеет два согласуницих трансформатора 144.1, 145.1 (144.2, 145.2, 144.3, 145.3), вторичные обмотки 146.1(146.2, 146.3), 147j.l (147.2, 147.3), 148.1 (148.2, 148.3), 149.1 (149.2,149,3) которых подключены к выпрямителям 150.1, 151.1 (150.2, 151.2, 150.3, 151.3), цепь, содержащую последовательно соединенные амплитудный комаратор 152.1 (152.2, 152.3) и расиритель 153.1 (153.2, 153.3) имульсов , схемы И.154.2 и 154.3, под

ключейные выходами к первым усилителям 155,2 и 155.3 мощности, соединены с инвертором 156.1, а схема И 154.3 дополнительно - с инвертором 156.2. Усилитель 155.1 мощности подключен к расширителю 153 импульсов непосредственно.

Дополнительная цепь, включающая схему и 157.1 (.157.2, 157„-3) и второй усилитель 158.1 (158.2, 158.3) мощности, Подключена входами к входу усилителя 155.1 (155.2, 155.3) мощности датчику 159 напряжения и расширителю 122 импульсов пятого блока.

В нормальнсжл режиме потребители переменного тока (нагрузка) подключены к основной сети 1-3 (фиг. 1) через основной коммутатор 68. В это же время имеется резервная сеть с напряжениями 4-6, из которой за счет различных соединений вторичных обмоток силового трансформатора 16 дополнительно можно сформировать напряжения 7-9, сдвинутые относительно напряжения 4-6 на 180 эл.град. Принципиально количество таких напряжений, получаемых из резервной сети, можно увеличить за счет силовых трансформаторов. Так как сети,, подводимые к нагрузке, отличаются по частоте, то фазы их напряжений постоянно изменяются одна относительно другой. Для получения напряжения, находящегося в фазе с основной сетью при изменении фазы напряжения резервной сети, формируют две дополнительные системы трехфазных напряжений 10, 11, 12;- 13, 14, 15 с фазовым сдвигом 150 эл.град. Фазы их относительно напряжений основной сети (.ориентация векторов напряжений 10-15 в пространстве) определяются фазами и амплитудами напряжений основной и резервной сетей и равны фазе Нсшряжений, определяемых разностью напряжений резервной сети и максимально допустимых напряжений основной сети. Последнее условие (в определении фазы дополнительной системы напряжений необходимо использовать максимально допустимую амплитуду основной сети) диктуется тем, что при подключении нагрузки всегда наблюдается провал питающего напря жения. Поэтому сумма напряжений резервной и дополнительной сетей всегда равна максимально допустимой для нагрузки величине. Из полученных напряжений, определяемых разностью напряжений резервной сети и максимально допустимых напряжений основной сети, формируют управляющие

сигналы, находящиеся в фазе с указанными напряжениями, и подают на цепи управления инвертора, формирующего дополнительные системы напряжений. Амплитуды дополнительных систем напряжений также зависят от фаз и амплитуд резервной системы напряжений и максимально допустимой величины напряжений основной сети. Амплитуды дополнительной системьл

напряжений определяются путем получения постоянного напряжения, пропор ционального сумме напряжений резервной сети и дополнительной системы напряжений, сравнения его с опорным, получения-управляющего сигнала и подачей его на цепи управления выпрямителя, включенного в цепи питания инвертора, т.е. выполнением обратной связи по напряжению на зажимах 32-34. Необходимость формирования двух систем напряжений .определяется тем, что по мере увеличения, например, угла (фиг. 1а) от нуля до 30 эл.град. (между.напряениями 1 и 8) с1мплитуда дополнитель ной системы напряжений 13.1 увеличивается и при |3г. 30 эл.град. необхоимо к рассматриваемой фазе нагрузки подключить напряжения (4.1+10.1) с углом эл.град,- т.е. необхоимо переключиться на дополнитель- . ное напряжение 10.1 с фазовым сдвигом относительно напряжения 13.1 150 эл.град. Этим и объясняется необходимость формирования двух систем напряжения с фазовым сдвигом 150 эл.град. Так как после исчезновения (аварии) напряжения в осноВ ной сети .невозможно определить необходимую фазу дополнительных сие-:

тем напряжений, то предусматривается сохранение частоты и фазы управляющих сигналов инвертора на уровне доаварийной за счет задающего генератора 106. При этом амплитудр напрл жений дополнительных систем напряжений уменьшают до нуля со CKopocTb 3j определяемой допустимым отклонением частоты напряжений, подаваемых на нагрузку. На практике это достигается вспомогательным коммутатором 118, который обеспечивает плавное изменение постоянного на.пряжения, подаваемого на орган сравнения (амплитудный компаратор) после аварии основной сети. Такое уменьшение амплитуды-напряжения, подаваемого на инверторы, обеспечивает потребители энергией заданного качества и позволяет уменьшить время работы инвертора. Так как фазовый сдвиг между напряжениями 4 и 10.1, 5 и 11.1... больше 30 эл.град., то энергия, пот1ребляемая от ..выпрямителя, меньше энергий, поступающей в выходной конденсатор выпрямителя от резервной сети. Это приводит к необходимости рассеяния указанной эрегии, что достигается обратным инвертором со схемой управления или

выполнением выпрямителя с двухстороней проводимостью (можно использовать ее на обогрев помещения и т.д.

Таким образом, предлагаемый способ бесперебойного электропитания обеспечивает потребители переменног тока энергией высокого качества в статических и динамических режимах независимо от частот (разности фаз) автономных ча:стей переменного тока, что приводит к повышению надежности работы ответственных потребителей переменного тока.

Устройство бесперебойного электр питания потребителей переменного тока работает следующим образом.

В нормальном режиме потребители переменного тока подключены к основ ной сети через основной коммутатор 68. При этом на выходах блока 45 контроля полярности напряжения и схем 70 и 67 управления формируются соответственно сигналы на включение ключевых элементов 20, 21, 25, 26, 28, 30 или 22, 23,24, .27,29,31; 60, 62, 64 или 61, 63, 65; на управление выпрямителем 46, инвертором 47 и обратным инвертором 66. На фазных зажимах 32-34 формируются суммарные напряжения максимально допустимой амплитуды (4+10, 5+11, 6+12), фазы которых совпадают с фазами напряжеНИИ 1-3 основной сети. В случае аварии в основной сети (к.з., отклонение напряжения от номинальной величины, исчезновение одной фазы) основной коммутатор 68 отключает потребители переменного тока (нагрузки) .от основной сети сигналом от датчика напрялсения, а импульсы уп-. равления, поступающие на ключевые . элементы 35-43 от блока 44 контроля фазы .напряжения, обеспечивают подключение нагрузки к фазным зажимам 32ч34, фазы напряжений которых совпадают с фазами напряжений основной сети на момент аварии в ней,Схема 70 управления работает/следующим образомо

Первый блок 71 обеспечивает формирование на выходных зажимах 109111 трехфазной системы напряжений, максимальный -фазовый сдвиг относительно напряжений :Осной,ной сети не превышает 1 30 эл.град. Управление ключевыми элементами 73-93 осуществляется от блока 44 контроля фазы напряжения и блока 45 контроля полярности напряжения. На фиг. 3;представлен вариант выполнения переключателя трехфазным (клемлил 109-111) хо-. тя при этом используется только одна фаза полученной аистег-ал напряжений. Второй блок 94 обеспечивает формирование сигналов управления дополнительными ключевыми элементами 60, 52, f)4 или 61, 63, 65. Фазочастотный детектор 95, конструктивн входящий во второй блок, имеет два входа и два выхода. На один из его входов подается сигнал (напряжение) от нагрузки (основной сети), а на другой сигнал с выходных клемм 0-109 переключателя. Фазочастотный детектор формирует на выходе сигнал знак которого определяется соотношением частот сигналов, подаваемых на вход ( f2 или ). Так как фаза и частота сигналов связаны между собой, то на выходе можно получить сигналы, которые совпадают со знаком разности фаз, т.е. если вектор напряжения 1 опережает вектор, например, напряжения 4 (), то на одном выходе фазочастотного дехектора 95 формируется сигнал, а если вектор напряжения 1 отстает от вектора напряжения 4 () , то указанный сигнал формируется на другом выходе. Далее полученйые сигналы через схемы И 96 и 97 поступают на раздельные входы триггера 98, выходные сигналы .которых подаются на усилители 99 и 100 мощности, обеспечивающие включение ключевых элеметой 61, 63, 65 или,60, 62, 64. Введение схем И 96 и 97 обусловлено тем, что при исчезновении напряжения в основной сети требуется сохранить доаварийные сигналы управления на дополнительных ключевых элемента 60, 62, 64 или 61, 63, 65. Достигается это путем снятия сигнала (единщл) от датчика 159 напряжения, подключенного к основной сети. Такое построение блока 94 обеспечивает подключение последовательно с обмотками 17-19 вторичных обмоток 54, 56 58 (когда оС 0) или вторичных обмоток 55, 57, 59 (когда (Х, 0), напряжений которых сдвинуты друг относительно друга На угол 150 эл.град. (на обмотках 54 - 59 формируются соответственно напряжения 10, 13, 11, 14, 12, 15). В третьем блоке 101 один согласующий трансформатор 104 подключен к выходу 109 переключателя, а второй трансформатор через стабилизатор 103 переменного напряжения - к клеммам нагрузки, т.е. разность напряжений 1 и 4 подается ,на формирователь 102 синхронизирующих импульсов. При этом введение стабилизатора 103 обеспечивает поддержание амплитуды напряжения нагрузки (основной сети) на уровне максимально допустимой величины, что обеспечивает формирование максимальной величины напряжения на фазных зажимах 32-34. Выходные сигналы формирователя 102 синхронизирующих импульсов, определяющие фазу дополнительных систем .напряжений, поступают через схему И 105 на задающий генератор 106, обеспечивающий

формирование прямоугольного напряжения, фаза которого совпадает с фаэой суммарного напряжения вторичных обмоток указанных согласующих трансформаторов, т.е. фазой Ч дополнительной системы напряжений. Далее полученный сигнал поступает на регистр 107сдвига, который обеспечивает формирование еще двух -прямоугольных сигналов, сдвинутых относительно вы 1одного сигнала задающего генератора на 120 и 240 эл.град. Полученные сигналы усиливаются усилителем 108 мощности и поступают н инвертор 47, который и обеспечивав формирование двух дополнительных трехфазных систем напряжений 10-15. Четвертый блок обеспечивает : стабилизацию напряжений на фазных зажимах 32-34 C4+10J, (5+11),(6+12) на уровне максимально допустимой величины. При аварии в основной сети вспомогательный коммутатор 118, связанный с датчиком напряжения, исключает подачу напряжения с выхода выпрямителя 117, обеспечивает подачу и изменение постоянного напряжения с доаварийного уровня напряжения выпрямителя до нуля. Скорость уменьшения этого напряжения определяется допустимым отклонением мгновенной частоты напряясения на нагрузке и задается однозначно дополнительным коммутатором 118. Пятый блок обеспечивает переключение потребителя переменного тока с резервной сети на основную при появлении основной сети. Достигается это в момент совпадения фаз напряжений указанных сетей путем суммирования напряжений основной и резерв ной сетей, их выпрямлени выпрямителем 120, сравнения с опорньм UQH в амплитудном компараторе 121 и формирования непрерывного сигнала расширителем 122 импульсов. Сигнал на выходе амплитудного компаратора 121 появляется только при совпадении основной и резервной сеоей, т.е. только в этом случае на входе амплитудного компаратора имеется напряжение максимальной амплитуды. Только при совпадении фаз основной и резерв ной сетей появляется импульс на выходе расширителя 122 импульсов, который поступает в основной коммута тор на его включение, а на выходе инвертора 123 сигнал исчезает, что приводит к снятию его со схемы И 157 (фиг. 5) и, следовательно, с ключей 35-43 коммутатора. Введение стабилизаторов 124 и 125 обеспечивает более точное определение момента совпадения фаз напряжений основной и резервной сетей из-за колебаний амплитуд их напряжений. Блок 45 контрол я полярности напряжения .

(фиг. 4) обеспечивает формирование сигналов на коммутацию ключевых элементов 73-84 переключателя (фиг. 3) и ключевых элементов 20-31 коммутатора (фиг. 2). 5 Блок 45 работает следующим образом.

Когда нагрузка подключена через . основной коммутатор к основной сети, то трансформаторы 126.1, 126.2 (воэ0 можно и совмещение обмоток на одном трансформаторе) подключены также к основной сети. На вход выпрямителей 130-132 подаются соответственно напряжения, пройорциональные напря5 жениям (1+4), (1+5), (1+6),, а на

выпрямители 130-132 - соответственно напряжения, пропорциональные напряжениям (1+7) , (1+8) , (1+9) . Опорное напряжение UQ на амплитудных ком0 параторах устанавливается таким образом, чтобы импульсы на выходе появлялись при углах ft эл.град. Для исключения аварийных режимов при о(30 эл.град. введены инвертор 137,

5 подключенный к расширителю 134 импульсов, и схема И 136, которые, .ис« ключают одновременную подачу сигналов управления на ключевые элементы 77, 79, 81, 75, 76, 83, 22, 23,.24,

Q 27, 29, 31 и 78, 80, 84, 74, 73, 82, 20, 21, 25,, 26, 28, 30. На выходе . одного из усилителей 135.1 и 135.2. мощности независимо от наличия основной сети всегда существуют сигналы управления. Это необходимо для

поддержания на фазных клеммах 32-34 напряжения, находящегося в фазе с основной сетью. При исчезновении напряжений в основной сети за счет сигнала от датчика напряжения основ0 ной коммутатор 68 отключает нагрузку от этой сети, а блок 44 контроля; фазы напряжения (фиг. 5) обеспечивает подключение фазных зажимов 32-34 к нагрузке, что способствует

5 подаче напряжения резервной сети

(совместно с дополнительной системе напряжений) на трансформаторы 126.1, 126.2 и сохранению доаварийных сигналов с выходов усилителей 135.1,

0 135.2 мощности.

Блок 44 контроля фазы напряжения работает следующим образом.

В нормальном режиме нагрузка подключена к основной сети и на транс5 форматоры 144.1, 144.2, 144.3 подается напряжение этой сети. На вход-выпрямителей 150.1 и 151.1 подаются соответственно сумма напряжений, пропорциональных напряжениям (1+4J

0 и (1+7). Опорное напряжение Uon ., подаваемое на амплитудный компаратор 152.1, устанавливается таким чтобы импульсы напряжения на выходе появлялись при углах об ир 30 эл.град,

5 Уто указывает на минимальный фаэовый. сдвиг между напряжениями 1 и 4 или 1 и 7. Другие субблоки контролируют фазовые сдвиги между напряжениями 1и5, 1и8;.1иб; 1и9 В любой момент времени всегда существует сигнал на выходе одного из усилителей 155.1, 155.2, 155.3 мощности, что обеспечивает насыщение соответствующих ключевых элементов 85-93 переключателя. Для включения ключей 35-43 коммутатсЬра дополнительно необходимо пфдйть на схемы И 157 сигналы с датчика 159.напряжения (единицу) и ийвертора 123 пятого блока. При аварии в основной сети на выходе расширителя 122 импульсов сигнал исчезает, а на выходе инвертора 123 появляется, что приводит к выключению основного коммутатора и появлению сигналов на выходе соответствующего усилителя 158.1, 158.2, 158.3 мощности (единица поступает и с датчика 159 напр жения).. После переключения нагрузки на резервную сеть на трансформатЬры 144.1, 144.2, 144.3 подключается резервная сеть совместно с дополнительной системой и сохраняется доаварийная схема включений ключевых элементов переключателя и коммутатора.

Рассмотрим работу устройства в целом.

В момент времени (фиг 16) минимальный фазовый сдвиг относительно напряжения 1 имеет напряжение 4 и максимальное напряжение (фиг. 4) находится на входе выпрямителя 130.1 (1, 2, 3 - фазы А, В, С основной сети; 4, 5, б - фазы А, В, С резервной сети). Это значит, что сигнал имеется на выходе расширителя 134.1 импульсов и усилителя

Таким образом, в указанный момент времени включены ключевые элменты 77, 79, 81, 75, 76, 83 (фиг. 3) и 22, 23, 24, 27, 29, 31 (фиг. 2). В то же время сумма напряжений обмоток 146,1 и 148.1 (1+4) максимальна и сигналы появляются на выходе усилителя 155.1 мощности, приводящие к включению ключевых элементов 85,89, 93, что способствует появлению фазы А резервной сети на выходном зажиме переключателя 109, фазы В - на зажиме 110, фазы С на зажиме 111 (зажимы 110 и 111 используются в случае несимметричной резервной сети). На фазочастотный детектор 96 поступают при этом напря жения, находящиеся в фазе с напряжениями 1 и 4. Так как угол oi О и сигнал поступает от датчика 159 напряжения на схемы И 96 и 97, то триггер 98 выдает сигнало О на усилитель 1иО мощности, что обеспечивает подачу сигналов управления на клюO чевые элементы 60, 62, 64, приводящих к подключению обмоток 54, 56, 58 последовательно со вторичными обмотками 17-19 силового трансформатора 16. Это приводит к тому,, что

5 за счет обратной связи по напряже. нию на фазных зажимах 32-34 поддерживается неизменная с1мплитуда напряжения независимо от разности фаз между напряжениями основной и резерв0 иой сетей. При этом фаза дополнительной системы напряжений определяется третьим блоком 101. При аварии в основной сети (отключение ее от нагрузки) из-за запаздывания снятия

5 сигналов управления с усилителя 135 мощности на время более О,5 периода напряжения основной сети (свойство расширителей импуль сов 134.1...) остаются включенными ключевые эле0 менты 77, 79, 81, 75, 76, 83, 22, 23, 24, 27, 29, 31 (фиг. 4) и 85, 89, 93 (фиг. 5). Кроме того, сигналы (единицы) на схемы И 157.1, 157.2, 157.3 поступают от датчика 159 напря жения и инвертора 123 пятого блока, ,что обеспечивает подачу импульсов управления на ключевые элементы 35, 39, 43, т.е. нагрузка подключается к фазным клеммам 32-34. При этом на трансформаторы 126..1, 126.2, 144.1,

0 .144.2, 144.3 подается напряжение 4+10, что сохраняет доаварийное включение ключевых элементов схемы.

Со схемы И 105 снимается сигнал, пос тупающий от датчика 159 напрях ения,

5 что приводит к снятию сигналов синхронизации с генератора 106, который переходит в автономный режим работь и сохраняет определенное время фаз доаварийного сигнала. Сигнал, пос0 тупающий от датчика напряжения на вспомогательный коммутатор 118, обеспечивает отключение выпрямителя 117 от амплитудного компаратора 115, подключение и изменение постоянного напряжения, поступающего

на амплитудный компаратор 115. Это

приводит к плавному уменьшению амплитуды напряжения питания инв-эртора 47. (выходного напряжения выпрямителя 46) и переходу питания на60 грузки только от резервной сети. При появлении напряжения основной сети датчик 159 напряжения выдает сигнал с выдержкой времени 5-10 с для того, чтобы за это время прошли

65 переходные процессы в основной сети

При совпадении фаз указанных нап ряжений на. выходе амплитудного компаратора 121 и расширителя 122 импульсов появляется сигнал, который подается на включение основного коммутатора и через инвертор 123 на выключение ключевых элементов 35, 39, 43. Таким образом, осуществляется переключение нагрузки-с .резервной на основную сеть и схема работает в нормальном режиме.

Рассмотрим переключения в схеме при подключении нагрузки к резервной сети..

Если система напряжений резервной сети вращается относительно напряжений основной сети по часовой стрелке (фиг. 1), то при увеличении угла об до 30.эл.град, импульсы появляются на выходе амплитудного компаратора 152.2 и расширителя 153.2 импульсов. После исчезновения сигналов на выходе расширителя 153 импульсов (при( эл.град.) сигналы .управления появляются на выходе усилителя 155. 2 мощности, что обеспечивает включение ключевых элементов 87, 88, 92 и подготовку к включению фаз в. С, А резервной сети соответственно фазам А, В, С нагрузки и т.д.

При вращении системы напряжений относительно основной системы напряжений против часовой стрелки схема фаботает следующим образом (фиг. 1б)

При уменьшении угла об до нуля происходит переключение триггера 98 за счет изменения сигнала ..на выходе фазочастотного детектора () и сигналы управления поступазот на ключевые элементы 61, 63, 65, что обеспечивает подключение обмоток 55, 57 59 трансформатора инвертора 47 после доватепьно соответственно с обмотками 17-19 силового трансформатора 16, т.е. на фазных клеммах 32-34 формируются напряжения 4+13, 5+14, 6+15. При достижении угла с эл.град. фазовый угол между напряжениями 1 и 9 (С) тоже приближается к 30 эл.град. и требуется фазу С резервной сети подготовить для подключения к фазе А нагрузки. При фазовых углах между напряжениями 1 и 4, 1 и 3, равных приблизительно 30 эл.град.,, сигнал появляется на выходе амплитудного компаратора 133.2 расширителя 134.2 и после исчезновения сигналов на выходе расширителя 134о 1 импульсов

сигнал с выхода инвертора 137 посту пает на схему И 136, а импульсы . управления с выхода усилителя 135.2 мощности - на ключевые элементы 78, 80, 84, 74, 73, 82, 20, 21, 25, 26, 28, 30. В то же время сигналы появляются на выходе амплитудного компаратора 152.3, расширителя 153.3 импульсов и после исчезновения сигналов на выходе расширителя 153.2 импульсов сигнал с выхода инвертора 156.2 поступает а:схему И 154.3, что обеспечивает включение ключевых элементов 86, 90, 91 и подготавливает подключение фазы С резервной сети к фазе А нагрузки. Переключение ключевых элементов 85-93 приводит к тому, что фаза напряжения выходного зажима 109 переключателя изменяется (например, вместо 8.1 подключается 4.1) , что приводит к переключению триггера 98 ( и включению ключевых элементов 60, 62, 64 и т.д. (фиг. 1а)о Причем коммутация ключевых элементов 73-93 должна осуществляться одновременно, что достигается подстройкой сигналов, подаваемых на амплитудные компара- . торы 133.1, 133.2, 152.2, 152.3.

Таким образом,, предлах абмый способ бесперебойного электропитания потребителей переменного трка и устройство для его осуществления обеспечивают повышение-качества электрической энергии при переключении потребителей переменного тока с одной автономной сети переменного тока на другую за счет постоянства формы напряжения на нагрузке. Повышение качества электрической энергии позволяет нормально функционировать многим потребителям переменного тока, к которым относятся вычислительные центры коллективного пользования, системы обеспечения безопасности полетов, системы автоматики и контроля атомных реакторов, что приводит к огромной экономической эффективности применения таких устройств. Кроме того, такое построение систем электропитания (без применения силовых инверторов, рассчитанных на полную мощность нагрузки) позволяет повысить КПД системы и решить проблему гарантированного электроснабжения ответственных потребителей переменного тока при наличии нескольких автономных сетей переменного тока.

0(в s

Ч

Si

в / /«,

а

ю 5j;#. 54Jtf2 r - Qm датчика . .. АюЩжёшЧ дыпряните/1б, фазаАоснвЫй ФазаА оснобной cemufS gcemu, I /л 1 4. ч.А,,-/в

M

M

vApeiefh cemu

f«# fr/mnfJ)

l±

-Tj

9asa

OefefeeBfeaeft

twit сети

(сяал) л

ФазаА

iHteftj/iitt.

(еюаЛ)1

iCj

-..--се (cmaff.)

H

т

1

Щ1

mf

Щ/

87M92

шг

wm

1

fff2

Ц1

P

т.г

щз

:

-йя/л:

Лш

-J

«/щ

Jt